الرافعة: موازنة عزوم الدوران
1 · توقّع
رافعة مثبتة عند مركزها بالضبط، مع دفعة إلى الأسفل عند كل طرف، بالمسافة نفسها من المحور. إذا دفع أحد الجانبين أقوى من الآخر، فهل تميل الرافعة نحو الدفعة الأقوى أم الأضعف أم تبقى متزنة مهما كان؟
- تميل نحو الدفعة الأقوى
- تبقى متزنة مهما كانت القوى
- تميل نحو الدفعة الأضعف
2 · التجهيز
- افتح تجربة الرافعة. عارضة صلبة مثبتة عند مركزها؛ قوة 50 N إلى الأسفل مطبقة على بعد 2 m من المحور عند كل طرف.
- انقر سهم القوة الأيسر على العارضة ودوّن شدته في لوحة الخصائص، ثم انقر سهم القوة الأيمن وافعل مثل ذلك.
- لكل صف أدناه، اضبط شدتي القوة اليسرى واليمنى في لوحة الخصائص لتطابق الجدول، وشغّل المحاكاة، وحدد العارضة، واقرأ قيمة عزم الدوران τ = r × F من لوحة الرياضيات.
3 · اجمع البيانات
| القوة اليسرى (N) | القوة اليمنى (N) | عزم الدوران الصافي (من المحاكاة) (N·m) | τ = r × F (محسوبة) (N·m) |
|---|---|---|---|
| 50.00 | 50.00 | ||
| 50.00 | 80.00 | ||
| 70.00 | 40.00 |
ارسم فرق القوى (القوة اليمنى − اليسرى) على المحور x مقابل عزم الدوران الصافي الذي قسته على المحور y. ماذا يمثل الميل؟ وأين يقطع الخط الصفر؟
4 · حلّل
- لكل صف احسب يدويًا 2 m × (القوة اليمنى − اليسرى). قارنه بعزم الدوران الصافي من لسان الرياضيات. هل يتطابقان؟
- في الصف 1 تتساوى القوتان وتبقى الرافعة أفقية. بماذا يخبرك ذلك عن العلاقة اللازمة بين القوى وأطوال الأذرع لتوازن أي رافعة؟
5 · وسّع
- الروافع الحقيقية — كأرجوحة براكبَين مختلفي الوزن — تحتاج غالبًا أذرعًا غير متساوية، لا قوى غير متساوية، لتتزن. إذا بقيت قوة الجانب الأيمن 50 N وتضاعفت مسافته من المحور إلى 4 m، فما القوة اللازمة على الذراع الأيسر (عند 2 m بعدُ) لموازنتها؟
- مفتاح الربط وفتاحة الزجاج والمقص كلها روافع. اختر واحدًا وحدد محوره والقوة المطبقة والحمل الذي يحركه — ثم اشرح لماذا يجعل المقود الأطول استخدامه أسهل.
الفيزياء خلف هذه التجربة
عزم الدوران
عزم الدوران هو الأثر الدوراني للقوة حول محور: τ = r × F، حيث r المسافة من المحور إلى نقطة تأثير القوة. تتوازن الرافعة عندما تلغي عزما الطرفين أحدهما الآخر — قوى متساوية على مسافات متساوية، أو قوى غير متساوية على مسافات متناسبة عكسيًا.